中央空调水系统在线监测预判控制加药系统及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了中央空调水系统在线监测预判控制加药系统及其应用，该加药系统包括：补水和排污流量监测单元、进出水口温度监测单元、药剂浓度监测单元、pH值监测单元、电导率监测单元、药剂投加单元、自动排污单元、指令接收单元和控制单元。本发明解决了传统系统药剂投加时循环冷却水药剂浓度超调、大幅波动的问题，减少了药剂的浪费，降低了运行费用。
【专利说明】中央空调水系统在线监测预判控制加药系统及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在线监测预判控制加药系统及加药方法，特别是涉及一种中央空调水系统的在线监测预判控制加药系统及加药方法。
【背景技术】
[0002]大型循环冷却水系统(例如中央空调的循环水系统)的水质数据采集延迟滞后是造成循环水水质状差及药剂使用过量等情况发生的主要原因。大型循环水系统冷却水在循环过程中，由于保有水量庞大、水循环周期长，药剂完全混合到整个水系统需要较长时间，致使采集的水质数据始终滞后而无法反映出当前投加药剂实际应该对水质造成的影响，使得控制系统过量投加药剂，引发循环冷却水中的药剂浓度大幅波动，甚至超标的情况。
[0003]通过对整个循环冷却水系统建立数学模型、提前预判进行药剂投加是解决上述问题的有效途径之一。但目前行业常规的方法是回水管引流进行在线监测，依据实时检测数据来控制药剂的投加及系统的排污。大型循环冷却水系统的水循环周期长，药剂投加点的药剂扩散至整个循环水水体需要较长时间，实时在线检测数据存在滞后性，无法准确、及时的反应出系统的水质状况，进而影响到药剂投加的剂量。依据滞后的水质采集数据进行药剂投加，直接影响到循环冷却水的水质，另外还造成了药剂的浪费。传统的水处理加药方式存在一定的弊端。因此，循环冷却水药剂投加需要更为精确的水质数据处理及控制方式。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中在线检测数据存在滞后性、无法准确、及时的反应出系统的水质状况、进而影响到药剂投加的剂量的缺陷，提供一种能够根据实时采集的在线数据修正误差、使得给药剂量尽可能精确投放的在线监测预判控制加药系统及加药方法。
[0005]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
[0006]一种在线监测预判控制加药系统，该在线监测预判控制加药系统用于中央空调的循环冷却水系统的加药控制，其特点在于，该在线监测预判控制加药系统包括:补水和排污流量监测单元、进出水口温度监测单元、药剂浓度监测单元、pH值监测单元、电导率监测单元、药剂投加单元、自动排污单元、指令接收单元和控制单元，其中，
[0007]该补水和排污流量监测单元用于监测该循环冷却水系统中补充的原水的水量和排出的冷却水水量；
[0008]该进出水口温度监测单元用于监测冷却塔的进水口温度和出水口温度；
[0009]该药剂浓度监测单元用于监测该循环冷却水系统中循环冷却水的药剂浓度；
[0010]该pH值监测单元用于监测该循环冷却水系统中循环冷却水的pH值；
[0011]该电导率监测单元用于监测该循环冷却水系统中循环冷却水的第一电导率和/或该原水的第二电导率；
[0012]该自动排污单元用于监测从该循环冷却水系统中排出循环冷却水；[0013]该指令接收单元用于接收用户输入的药剂特性浓度、药剂分解系数、药剂损耗系数和修正值权重系数；
[0014]该控制单元用于根据冷却塔形式、冷却塔进出口温差、该循环冷却水系统的保有水量和循环水量建立一静态模型，该静态模型用于计算得到蒸发水量和循环周期；并且根据该蒸发水量、该循环周期、该药剂特性浓度、该药剂分解系数、该药剂损耗系数、该修正值权重系数、该原水的水量、排出的冷却水水量、该PH值和该药剂浓度建立一动态模型，该动态模型用于计算药剂投加量，该控制单元还用于控制该药剂投加单元按照该药剂投加量来加药。
[0015]本发明解决了传统控制方式下大型循环水系统加药装置因循环水水体庞大，药剂混合迟滞造成的在线监测滞后，而引起药剂投加不准的问题。针对这一问题新开发出一种面向不同循环水系统，预先对系统特性进行数学建模，模型建立以循环冷却水系统保有水量(Qv)、系统循环量(Qh)、进出水口温差(Td)、冷却塔形式(X)(例如横流、逆流)、飞溅及渗漏水量(Qo)、系统排污水量(Qd)、系统补水流量(Qi)、在线药剂浓度(NI)、药剂分解系数(Kl)、药剂损耗系数(K2)、pH值、电导率(Con)、药剂特性浓度(N3)(特性浓度是指药剂的投加浓度或运行浓度)、投加药剂浓度(N4)等与循环冷却水系统相关的参数作为依据，通过参数建立的模型能自动根据算法计算出该循环水系统所需要的药剂投加量，从而降低循环水系统中水质变化的大幅波动，避免水质变化超限的情况出现，以达到有效投加，减少经济损失，维持水质始终处于允许范围内的目的。
[0016]在本发明的在线监测预判控制加药系统中:
[0017]补水和排污流量监测单元:大型循环冷却水系统由于水汽蒸发、飞溅损耗和排污等方式，消耗大量循环冷却水，因此需要不断补充原水，保证系统的保有水量始终处于恒定。
[0018]同时，浓缩倍数是工业用循环水的一个重要指标，循环冷却水不断蒸发，冷却水的浓缩倍数不断上升，会使冷却水中的硬度、碱度太高，水的结垢倾向增大；要保证冷却水的处理效果，必须控制好冷却水的浓缩倍数。此时就需要将高浓缩的循环冷却水排出，由系统自动补加原水，降低水体的浓缩倍数，浓缩倍数为循环水电导率与补水电导率之比值，浓缩倍数会对药剂投加量产生影响，建模时必须考虑在内。
[0019]通过在补水管道和排污管道上安装的电磁式流量计，进行流量实时统计，经计算可得到新补加进入循环冷却水的水量和排出的冷却水水量这两个重要参数。
[0020]进出水口温度监测单元:循环冷却水冷却塔进出口温差直接影响到冷却水蒸发量，通过温度探头与变送器采集到冷却塔进水口温度(Ti)和出水口温度(To)，根据公式Td=T1-To,计算得到冷却水进入冷却塔后的温差。
[0021]药剂浓度监测单元:可以通过荧光示踪法或者总磷在线测定法检测。此参数作为调节预判加药量一个重要参数。
[0022]pH值监测单元:作为药剂使用环境的一个重要参数，能直接影响药剂投加浓度的设定。
[0023]系统药剂投加单元:大型循环冷却水系统一般连续投加药剂，为了控制加药剂量，本系统采用流量可控的计量泵。首先可编程控制器将一系列的算法将人机界面输入的系统相关参数构建基本的数学模型，然后再代入实时采集的动态参数到公式中运算，得到系统单位时间内损失药剂量即单位时间内的药剂投加量，同时利用实时监测的药剂浓度对药剂投加量进行修正，经过处理的药剂投加量转换为调节计量泵的隔膜冲程长度或频率的数据，实时改变药剂投加量满足系统要求。
[0024]经过一次完整的循环周期之后，采集循环冷却水的在线药剂浓度之后，系统自动计算得出目前循环冷却水的药剂动态保有量，然后与预判系统得出的药剂投加量进行比对、处理，经公式运算后得到系统偏差修正系数，再将该系数代入药剂投加量模型中，修正目前与实际值存在的偏差，调节药剂投加量。由于每次循环系统均会对目前的系统偏差进行处理，经数次系数修正之后，数学模型最终会计算出一个药剂投加量，使得药剂浓度始终处于稳定的状态，实现药剂投加的精确控制。
[0025]自动排污单元:通过电导率监测单元实时监测的冷却水电导率为依据，对目前的冷却水浓缩倍率与允许的浓缩倍数范围进行比较，若超出范围则自动控制系统排污，降低冷却水浓缩倍数至合理数值。
[0026]优选地，该控制单元用于根据该药剂浓度监测单元实时采集的药剂浓度来计算、校准该修正值权重系数。
[0027]优选地，该控制单元用于根据该药剂浓度监测单元实时采集的药剂浓度来计算该循环冷却水系统中的药剂保有量并与上一循环周期的药剂投加量比较以修正该修正值权
重系数。
[0028]优选地，该蒸发量通过以下公式计算得到:蒸发量=kX ITXQr，其中k为一温度系数，IT为冷却塔进出口温差，Qr为该循环水量。
[0029]优选地，该药剂投加量通过以下公式计算得到:
[0030]药剂投加量=药剂飞溅损失量+药剂排污损失量+药剂分解损失量+药剂损耗量+修正加药量，其中，
[0031]飞溅损耗水量=补充的原水的水量_(蒸发量+排出的冷却水水量)
[0032]药剂飞溅损失量=飞溅损失水量X药剂特性浓度
[0033]药剂排污损失量=排出的冷却水水量X药剂特性浓度
[0034]药剂分解损失量=药剂分解系数X药剂保有量
[0035]药剂正常损耗量=药剂损耗系数X药剂保有量
[0036]修正加药量=修正值权重系数X (药剂浓度-药剂投加浓度)X循环冷却水系统的保有水量。
[0037]优选地，该控制单元用于计算该循环冷却水系统中循环冷却水的浓缩倍数，并且在该浓缩倍数达到一阈值时控制该自动排污单元排出循环冷却水，该浓缩倍数为该第一电导率与该第二电导率的比值。
[0038]优选地，该循环冷却水系统包括补水管道和排污管道，该补水和排污流量监测单元包括设置于该补水管道和该排污管道上的电磁式流量计，用于实时统计补充的原水的水量和排出的冷却水水量。
[0039]优选地，通过荧光示踪法或者总磷在线测定法监测该药剂浓度。
[0040]预判型药剂投加的投加量基于循环冷却水系统保有水量始终处于恒定值。将故循环冷却水视作一个整体，以下可看出各因素对水体水质的影响。
[0041]基于以上条件，假定不对循环冷却水进行补水，单独考虑各因素对系统的影响如下:
[0042]
【权利要求】
1.一种在线监测预判控制加药系统，该在线监测预判控制加药系统用于中央空调的循环冷却水系统的加药控制，其特征在于，该在线监测预判控制加药系统包括:补水和排污流量监测单元、进出水口温度监测单元、药剂浓度监测单元、PH值监测单元、电导率监测单元、药剂投加单元、自动排污单元、指令接收单元和控制单元，其中， 该补水和排污流量监测单元用于监测该循环冷却水系统中补充的原水的水量和排出的冷却水水量； 该进出水口温度监测单元用于监测冷却塔的进水口温度和出水口温度； 该药剂浓度监测单元用于监测该循环冷却水系统中循环冷却水的药剂浓度； 该PH值监测单元用于监测该循环冷却水系统中循环冷却水的pH值； 该电导率监测单元用于监测该循环冷却水系统中循环冷却水的第一电导率和/或该原水的第二电导率； 该自动排污单元用于监测从该循环冷却水系统中排出循环冷却水； 该指令接收单元用于接收用户输入的药剂特性浓度、药剂分解系数、药剂损耗系数和修正值权重系数； 该控制单元用于根据冷却塔形式、冷却塔进出口温差、该循环冷却水系统的保有水量和循环水量建立一静态模型，该静态模型用于计算得到蒸发水量和循环周期；并且根据该蒸发水量、该循环周期、该药剂特性浓度、该药剂分解系数、该药剂损耗系数、该修正值权重系数、该原水的水量、排出的冷却水水量、该PH值和该药剂浓度建立一动态模型，该动态模型用于计算药剂投加量，该控制单元还用于控制该药剂投加单元按照该药剂投加量来加药。
2.如权利要求1所述的在线监测预判控制加药系统，其特征在于，该控制单元用于根据该药剂浓度监测单元实时采集的药剂浓度来计算、校准该修正值权重系数。
3.如权利要求1所述的在线监测预判控制加药系统，其特征在于，该控制单元用于根据该药剂浓度监测单元实时采集的药剂浓度来计算该循环冷却水系统中的药剂保有量并与上一循环周期的药剂投加量比较以修正该修正值权重系数。
4.如权利要求1所述的在线监测预判控制加药系统，其特征在于，该蒸发量通过以下公式计算得到:蒸发量=k*IT*Qr，其中k为一温度系数，IT为冷却塔进出口温差，Qr为该循环水量。
5.如权利要求1所述的在线监测预判控制加药系统，其特征在于，该药剂投加量通过以下公式计算得到: 药剂投加量=药剂飞溅损失量+药剂排污损失量+药剂分解损失量+药剂损耗量+修正加药量，其中， 飞溅损耗水量=补充的原水的水量_(蒸发量+排出的冷却水水量) 药剂飞溅损失量=飞溅损失水量X药剂特性浓度 药剂排污损失量=排出的冷却水水量X药剂特性浓度 药剂分解损失量=药剂分解系数X药剂保有量 药剂正常损耗量=药剂损耗系数X药剂保有量 修正加药量=修正值权重系数X(药剂浓度-药剂投加浓度)X循环冷却水系统的保有水量。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的在线监测预判控制加药系统，其特征在于，该控制单元用于计算该循环冷却水系统中循环冷却水的浓缩倍数，并且在该浓缩倍数达到一阈值时控制该自动排污单元排出循环冷却水，该浓缩倍数为该第一电导率与该第二电导率的比值。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的在线监测预判控制加药系统，其特征在于，该循环冷却水系统包括补水管道和排污管道，该补水和排污流量监测单元包括设置于该补水管道和该排污管道上的电磁式流量计，用于实时统计补充的原水的水量和排出的冷却水水量。
8.如权利要求1-5中任意一项所述的在线监测预判控制加药系统，其特征在于，通过荧光示踪法或者总磷在线测定法监测该药剂浓度。
9.一种加药方法，其特征在于，其采用如权利要求1-8中任意一项所述的在线监测预判控制加药系统实现，该加药方法包括以下步骤: 步骤S1、该补水和排污流量监测单元监测该循环冷却水系统中补充的原水的水量和排出的冷却水水量；该进出水口温度监测单元监测冷却塔的进水口温度和出水口温度；该药剂浓度监测单元监测该循环冷却水系统中循环冷却水的药剂浓度；该PH值监测单元监测该循环冷却水系统中循环冷却水的PH值；该电导率监测单元监测该循环冷却水系统中循环冷却水的第一电导率和/或该原水的第二电导率；该自动排污单元从该循环冷却水系统中排出循环冷却水；该指令接收单元接收用户输入的药剂特性浓度、药剂分解系数、药剂损耗系数和修正值权重系数； 步骤S2、该控制单元根据冷却塔形式、冷却塔进出口温差、该循环冷却水系统的保有水量和循环水量建立该静态模型； 步骤S3、该控制单元根据该蒸发水量、该循环周期、该药剂特性浓度、该药剂分解系数、该药剂损耗系数、该修正值权重系数、该原水的水量、排出的冷却水水量、该PH值和该药剂浓度建立该动态模型并计算该药剂投加量； 步骤S4、按照该药剂投加量向该循环冷却水系统中加药。
10.如权利要求9所述的加药方法，其特征在于，步骤S4之后还包括:该控制单元根据该药剂浓度监测单元实时采集的药剂浓度来计算、校准该修正值权重系数。
11.如权利要求9所述的加药方法，其特征在于，步骤S4之后还包括:该控制单元根据该药剂浓度监测单元实时采集的药剂浓度来计算该循环冷却水系统中的药剂保有量并与上一循环周期的药剂投加量比较以修正该修正值权重系数。
【文档编号】C02F5/08GK103912955SQ201210594256
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】王炜 申请人:王炜, 上海洗霸科技股份有限公司